次氯酸（HClO）和二氧化硫（SO₂）是生物体内的两种重要信号分子，可以协同维持体内的氧化还原平衡。近日，中南大学宋相志（点击查看介绍）团队巧妙地将吩噻嗪引入到苯并吡喃-香豆素染料中，合成了一种高选择性的荧光探针PBC1，可以有效地解决苯并吡喃-香豆素染料对HClO或SO₂选择性差的问题。

苯并吡喃染料具有较长的激发和发射波长，较高的荧光量子产率，良好的水溶性和低生物毒性。然而，目前基于苯并吡喃-香豆素染料检测HClO或SO₂的荧光探针无法实现HClO和SO₂的有效区分（图1）。因为HClO和SO₂都可以通过亲核反应与苯并吡喃-香豆素染料发生荧光响应，从而使响应后的波长相似，难以区分。

图1. 苯并吡喃-香豆素染料对HClO和SO₂的荧光响应。图片来源：Anal. Chem.

为了解决上述问题，作者在苯并吡喃-香豆素染料中引入吩噻嗪基团，从而合成了一个高选择性荧光探针PBC1。探针PBC1包含两个部分：（i）对HClO和SO₂都具有反应活性的苯并吡喃部分；（ii）充当HClO反应位点的吩噻嗪-香豆素部分中的硫原子。这两部分共同作用提高了探针对HClO或SO₂的选择性。探针本身几乎没有荧光，先后与HClO、SO₂响应后分别生成具有绿色荧光的P1和红色荧光的P2（图2）。这样的设计完美地解决了苯并吡喃-香豆素染料对HClO和SO₂选择性差的问题。

图2. 探针PBC1对HClO和SO₂的响应机制。图片来源：Anal. Chem.

接下来，作者评估了探针PBC1在HClO和SO₂作用下的荧光变化（图3）。在没有HClO和SO₂时，探针PBC1没有荧光。加入SO₂后，探针PBC1在610 nm处呈现出发射峰；加入HClO后，探针PBC1在485 nm处呈现出发射峰。随着SO₂和HClO浓度的增加，荧光强度逐渐增大，呈现出良好的线性关系。值得一提的是，HClO和SO₂的两个荧光信号峰相隔125 nm，有效避免了HClO和SO₂荧光传感时的相互干扰。这些结果表明，探针PBC1对HClO和SO₂具有较高的灵敏度和选择性。文章最后，作者评估了探针PBC1在细胞成像方面的能力。实验结果表明，探针PBC1可以选择性地对细胞内的外源性和内源性HClO和SO₂进行荧光成像，而且在斑马鱼体内也可以很好的进行成像。

图3. 探针PBC1对 HClO和SO₂响应的荧光光谱。图片来源：Anal. Chem.

综上所述，作者通过在苯并吡喃-香豆素染料中引入吩噻嗪基团，开发了一种新型双功能荧光探针PBC1，用于检测和区分HClO和SO₂。探针PBC1对HClO和SO₂响应非常快（<20 s），且具有较高的灵敏度和选择性，并成功应用于HeLa细胞和斑马鱼中HClO和SO₂的荧光成像。

这一成果近期发表在Analytical Chemistry 上，文章的第一作者是中南大学硕士研究生韩金良和杨升，通讯作者是宋相志教授和王本花副教授。研究成果得到了国家自然科学基金、湖南省自然科学基金等项目资助。

来源：X-MOL